LTE-5G學習筆記17--COMP技術講解

一、簡介 
　　LTE具有高頻寬、低時延、高速率等特點，是行動通訊新的發展方向。由於LTE使用高頻寬（最大20M），全網使用同一頻段，同頻干擾成為LTE主要干擾因素。LTE面臨的最大挑戰是在小區邊緣，如果在傳輸過程中使用一些協調，可以很大的提高這個小區系統頻譜的使用效率。 
　　CoMP技術的引入將會極大地提升小區邊緣效能。目前R8/R9的系統中已可實現上行CoMP， 3GPP R11將實現下行站內CoMP，並對上行CoMP進行了優化。 
　　二、CoMP技術原理 
　　多點協作傳輸Coordinated Multipoint（簡稱CoMP）是LTE-A定義的一種新技術，該技術現仍處於發展與標準制定過程中。CoMP技術的實質是在不同基站之間通過協同處理干擾、或者避免干擾、或者將干擾轉化為有用訊號，為使用者提供更高速率，從而提高網路的利用率。本質上，CoMP技術是MIMO技術在多小區下的應用，利用空間通道上的差異來進行訊號傳輸。 
　　CoMP技術引入的主要目的是提升網路效能特別是對於小區邊緣使用者的速率。針對於下行鏈路需要通過CoMP動態協調eNode-B之間對某UE資料傳輸，實現使用者速率提升。 
　　根據參與CoMP處理的小區是否歸屬於同一eNode-B來區分，CoMP可以分為同一eNode-B（Intra-eNB）CoMP和不同eNode-B（Inter-eNB ）CoMP兩種方式。 
　　Intra-eNB只需要本基站內部各小區間互動CoMP處理相關的業務資料和控制資訊，較易於實現；而Inter-eNB則需要在基站間互動這些資訊，主要利用eNode-B之間的X2介面互動資訊，對X2介面頻寬有很高要求，時延也比前者更大，目前標準中討論的CoMP方案基本上都是Intra-eNB方式。 
　　下行CoMP在實現方式上可以分成兩大類：多小區間動態排程/波束賦形（CS/CB）和多小區聯合處理（Joint processing， JP）。對於上行CoMP實現方式為多小區聯合接收（Joint reception）。 
　　2.1多小區動態排程/波束賦形（CS/CB） 
　　使用CS/CB時，某一UE接收資料僅由某一服務小區進行傳輸，具體服務小區由CoMP演算法確定同時由CoMP協調其它小區干擾情況。 
　　CS/CB以犧牲部分頻率選擇性增益為代價，使得小區間訊號發射的方向錯開，從而減小干擾，提升SINR。同時資料僅由某一服務小區進行傳輸使得對於傳輸需求變化較小。 
　　從CS/CB技術分析可知，該技術對小區中心和邊緣使用者都適用。
　　2.2多小區聯合處理（JP） 
　　使用JP時，UE接收資料由處於CoMP的協作點集合中的每個eNode-B傳輸。JP技術目的是通過多小區聯合處理改善UE側接收訊號的強度與質量，同時需要減少對其它UE的干擾。JP技術又可分為：聯合傳輸和動態小區選擇/靜默。（圖3） 
　　a. 聯合傳輸（Joint Transmission：JT）：一個UE的資料同時在多個點（CoMP協作集合的一部分或全部點）進行傳輸，通過該技術實現改善接收訊號質量並實現對其它UE干擾消除。 
　　根據夏農定理，只有當SINR很低時，SINR的提升才能帶來吞吐量的大幅度提升且超過RB資源的損失，從而提高單位RB的吞吐量，獲得邊緣使用者的吞吐量提升；而對小區中心使用者SINR指標較好，通過對SINR提升帶來的吞吐量提升不足以彌補RB資源的損失，因此不能獲得吞吐量增益。 
　　因此，JT只適用於小區邊緣使用者，而對小區中心使用者不適用。 
　　b. 動態小區選擇/靜默（DCS/Muting）：一個時刻，CoMP協作點集合中只有一個點傳輸UE的資料，其他協作點不傳輸資料或者給其他UE傳輸資料。小區間切換通過高層信令指示，切換的速度較慢，而DCS可以根據UE上報的RSRP進行快速小區選擇，使得UE總能找到訊號最強的傳輸點，提高發射和接收效能。Muting的實際使用價值不大，完全可以用JT代替。 
　　因此，DCS只適用於小區邊緣使用者。同時由於JP需要在資料傳輸時需要多個eNode-B同時向UE進行資料傳輸，這樣導致對於整體傳輸頻寬要求大於未使用CoMP技術網路。 
　　三、CoMP技術優缺點 
　　雖然LTE CoMP技術是一個複雜技術，但是它給LTE網路帶來很多的好處： 
　　提升無線資源利用率：終端同時由多個基站服務，通過CoMP可以選擇最好小區為終端提供服務，實現最小資源最大速率體驗，從而有效提升無線資源利用率； 
　　改善小區間切換效能：由於UE同時與多個小區保持連線狀態，這意味著小區的總體接收能力的提升並將極大地減少掉話情況的發生； 
　　多基站接收提升接收功率：CoMP使得每個UE與多個基站或小區相連，通過處理使得UE接收電平得到提升； 
　　干擾消除：使用專門合併技術可以有效利用有用干擾而不是無用干擾，從而降低小區間的干擾。 
　　由於LTE速率快，時延短，為了實現各小區之間的協調處理對於各小區間的時頻同步要求也極其嚴格。對於點與點之間的資訊傳遞時延，R8/9/10裡的協調是基於X2 協議， 而X2口一般認為是not-so-low-latency（十幾個毫秒）；而CoMP則必須為low-latency（微秒級），因此光纖是標配；且在各點之間的時頻（time-frequency）同步要求上，CoMP（尤其是JT）對同步指標要比R8/9/10裡的協調嚴格的多（要高一個數量級左右，如果後者時間同步精度為3us，則CoMP的時間同步精度要達到0.3us，才能使得JT成為可能）。較高的時頻同步要求需要將BBU集中放置並使用GPS同步 
　　四、總結 
　　CoMP具有提升整體頻譜利用率、改善小區間切換效能、提升UE接收功率和干擾消除等優點，同時由於其對時頻同步要求較高導致要求較高的網路配置要求（BBU集中放置並使用GPS同步）。CoMP技術的複雜性使得至今該技術仍未晚善。在網路部署中，需要根據網路需求情況合理選擇CoMP技術方式，實現網路效能的最大提升，滿足使用者的實際需求。

 

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